ในสมัย ยิ่งลักษณ์ ชินวัตร เป็นนายกรัฐมนตรี และ รศ. ชัชชาติ สิทธิพันธุ์ เป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงคมนาคมในขณะนั้น ได้มีการศึกษาในการเปลี่ยนระบบรถไฟฟ้าเชื่อมท่าอากาศยานสุวรรณภูมิที่ดำเนินการไม่ได้ตามแผน ให้กลายเป็นโครงการรถไฟความเร็วสูงสายตะวันออก กรุงเทพฯ-ระยอง เพื่อเชื่อมต่อ 3 ท่าอากาศยานหลักอันได้แก่ ท่าอากาศยานดอนเมือง ท่าอากาศยานสุวรรณภูมิ และ ท่าอากาศยานอู่ตะเภา ตามหลักยุทธศาสตร์ภายใต้งบประมาณสองล้านล้านบาทของกระทรวงคมนาคม โดยมีสาเหตุหลักมาจากสถานการณ์การบินในประเทศไทยของท่าอากาศยานสุวรรณภูมิถึงขีดจำกัดที่ท่าอากาศยานสามารถรองรับได้ ซึ่งแผนที่รวดเร็วที่สุดที่จะสามารถบรรเทาปัญหาได้คือต้องมีการเปิดใช้ท่าอากาศยานนานาชาติแห่งที่สองเพิ่มเติมนั่นก็คือท่าอากาศยานอู่ตะเภา จังหวัดระยอง เพื่อเพิ่มขีดความสามารถของอุตสาหกรรมการบินในประเทศให้กลับมาเป็นปกติ โดยในระยะแรกเป็นการศึกษาเพื่อขยายเส้นทางของรถไฟฟ้าเชื่อมท่าอากาศยานสุวรรณภูมิไปยังเมืองพัทยา และท่าอากาศยานอู่ตะเภา โดยกลุ่มบริษัทซีเมนส์ที่เป็นเจ้าของขบวนรถก็ได้ให้การยืนยันว่าการขยายเส้นทางไปพัทยาสามารถทำได้โดยไม่มีปัญหาในด้านการดำเนินการ เพราะตัวรถได้รับการออกแบบสำหรับใช้เดินทางระยะไกลตั้งแต่แรกแล้ว แต่แล้วแผนทั้งหมดก็ถูกระงับเนื่องมาจากเกิดเหตุรัฐประหารขึ้นก่อน

ต่อมาในสมัย พล.อ.ประยุทธ์ จันทร์โอชา เป็นนายกรัฐมนตรี รัฐบาลจีนและรัฐบาลญี่ปุ่นได้ยื่นข้อเสนอขอพัฒนาระบบรถไฟความเร็วสูงสำหรับไปยังภาคตะวันออกของประเทศไทย แต่ในขณะนั้นรัฐบาลเองก็ต้องการลดค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างเส้นทางรถไฟความเร็วสูงเช่นกัน การรถไฟแห่งประเทศไทยจึงเสนอให้รัฐบาลดำเนินการก่อสร้างระบบรถไฟความเร็วสูงโดยใช้โครงสร้างเดิมของรถไฟฟ้าเชื่อมท่าอากาศยานสุวรรณภูมิ เนื่องมาจากโครงการรถไฟฟ้าเชื่อมท่าอากาศยาน ใช้รางรูปแบบเดียวกันกับระบบรถไฟความเร็วสูง คือรางขนาดมาตรฐานความกว้าง 1.435 เมตร หรือ Standard Gauge ดังนั้นหากรัฐบาลต้องการดำเนินโครงการ เพียงแค่ก่อสร้างเส้นทางเพิ่ม และดำเนินการเปลี่ยนระบบอาณัติสัญญาณในระบบเดิมให้เป็นระบบกลางของรถไฟความเร็วสูง สั่งซื้อขบวนรถใหม่ ก็สามารถเปิดใช้งานต่อได้ทันที เพราะโครงสร้างโดยรวมนั้นถูกออกแบบให้รองรับต่อการปรับแบบเป็นรถไฟความเร็วสูงไว้ตั้งแต่ต้นอยู่แล้ว

ปัจจุบันรัฐบาลได้อนุมัติให้การรถไฟแห่งประเทศไทยดำเนินโครงการก่อสร้างด้วยวิธีการสรรหาเอกชนเข้ามาร่วมลงทุนในโครงการและรับผลประโยชน์กับความเสี่ยงในการดำเนินการทั้งหมด หรือ PPP-Net Cost โดยก่อสร้างเป็นส่วนต่อขยายจากรถไฟฟ้าเชื่อมท่าอากาศยานสุวรรณภูมิเดิมทั้งเส้นทางใต้ดินและยกระดับ โดยจากปลายทางด้านทิศตะวันตก (สถานีพญาไท) ให้ก่อสร้างเส้นทางไปยังศูนย์คมนาคมบางซื่อและท่าอากาศยานดอนเมือง และจากทางด้านทิศตะวันออก (สถานีลาดกระบัง) ให้ก่อสร้างเส้นทางไปยังเขตจังหวัดฉะเชิงเทรา, จังหวัดชลบุรี และไปจนถึงท่าอากาศยานอู่ตะเภา โดยใช้โครงสร้างทางแยกเดิมที่ทำไว้เป็นจุดเริ่มต้น โดยปัจจุบันอยู่ในระหว่างการเวนคืนที่ดินเพื่อเตรียมใช้ก่อสร้างโครงการ